[发明专利]半导体器件的栅极形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种在半导体器件中形成多晶硅栅极的方法。

背景技术

互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor；CMOS)器件，例如金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal OxideSemiconductor Field-Effect Transistor；MOSFET)广泛应用于超大规模集成电路(Ultra-Large Scale Integrated；ULSI)的制造中。随着半导体制造技术的飞速发展，半导体器件为了达到更快的运算速度、更大的数据存储量以及更低的功耗，半导体集成电路正朝向更高集成度方向发展。半导体器件的制造技术已经进入65nm以下工艺节点，MOS晶体管的栅极变得越来越细且长度变得较以往更短，栅极最小特征尺寸已经达到45nm或更小。

在MOS晶体管，包括NMOS和PMOS晶体管的制造中，栅极的优选材料为多晶硅。多晶硅具有特殊的耐热性以及较高的刻蚀成图精确性。MOS晶体管通常是在半导体衬底表面形成栅极氧化层和多晶硅材料，通过刻蚀工艺形成栅极。图1至图6为说明现有技术中栅极形成过程的剖面示意图。如图1所示，在半导体衬底100上形成一层栅极氧化硅110，在栅极氧化层110上沉积多晶硅材料层120。然后，涂布光刻胶并对光刻胶进行图案化形成光刻胶图形130。在很多例子中，如图3所示，多晶硅材料中要执行预掺杂(Pre-Doping)，通过离子注入140植入n型杂质于NMOS晶体管的多晶硅栅极中，或植入p型杂质于PMOS晶体管的多晶硅栅极中。预掺杂能够改善阈值电压和驱动电流的特性。杂质离子注入后利用氧气灰化(ashing)去除光刻胶，并通过湿法清洗去除光刻胶残留物。

然而，由于掺杂杂质的渗透深度不一致导致杂质分布不均匀。在去除光刻胶和湿法清洗晶片表面的过程中，多晶硅120表层杂质浓度较高的一些区域易被腐蚀，从而出现如图4所示的凹坑150。如果在具有凹坑150的多晶硅120表面形成光刻胶图形131，光刻胶图形131也会高低不平，如图5所示。以光刻胶图形131为掩膜刻蚀多晶硅120形成栅极121，由于凹坑150处的多晶硅层120较薄，该处形成的栅极122较正常栅极121具有缺陷。而且凹坑150处的多晶硅极易被过度刻蚀，并刻穿栅极氧化层110，从而在衬底100有源区表面出现凹陷151，严重影响器件的电学性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在半导体器件中形成多晶硅栅极的方法，能够避免破坏栅极氧化层和有源区。

为达到上述目的，本发明提供了一种半导体器件的制造方法，所述方法至少包括下列步骤：

提供一半导体衬底，在所述衬底表面形成栅极；

在所述栅极侧壁和表面形成保护层；

对所述栅极进行预掺杂。

所述方法还包括在所述多晶硅栅极和衬底之间形成电介质层的步骤。

所述保护层包括氧化硅层和氮化硅层。

所述保护层还包括在所述氮化硅层表面形成的抗反射层。

所述抗反射层在栅极表面上的厚度为100-200。

所述电介质层为高介电常数材料层。

本发明还提供了一种半导体器件的制造方法，包括：

提供一半导体衬底；

在所述衬底表面形成多晶硅层；

刻蚀所述多晶硅层形成栅极；

在所述栅极侧壁和表面形成氧化硅层；

在所述氧化硅层表面形成氮化硅层；

在对所述氮化硅层表面形成抗反射层；

对所述栅极进行预掺杂。

所述方法还包括在衬底表面和多晶硅层之间形成电介质层的步骤。

所述栅极表面上的抗反射层的厚度为100-200。

所述电介质层为高介电常数材料层。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明的半导体器件制造方法，在衬底表面形成多晶硅层后，先不进行预掺杂，而是先刻蚀多晶硅形成栅极，然后在栅极表面形成隔离氧化层，再于所述隔离氧化层表面沉积覆盖栅极表面的侧墙(spacer)氧化层和氮化层，随后涂布BARC并形成光刻胶图形，然后再进行预掺杂。预掺杂过程中，杂质离子不会与多晶硅栅极接触，而是穿过BARC、侧墙氧化层和氮化层进入多晶硅栅极；灰化去除光刻胶所使用的氧气、湿法清洗光刻胶残留物的化学试剂等均不会与多晶硅栅极直接接触。因此，BARC层、侧墙氧化层和氮化层对栅极起到了保护作用，避免了先行预掺杂对多晶硅层造成的损伤，从而避免了对栅极氧化层和有源区的破坏。